Evaporator

4,597 views

Published on

Evaporator adalah alat pemisahan di teknik kimia

Published in: Education
0 Comments
2 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
4,597
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
270
Comments
0
Likes
2
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Evaporator

  1. 1. Evaporator Oleh Dr.-Ing. Anton Irawan, ST., MT Fakultas Teknik- Untirta 1
  2. 2. Introduction Evaporator atau Penguapan adalah suatu proses untuk memekatkan suatu larutan dengan menghilangkan kandungan cairan  Penghilangan kandungan cairan tersebut dilakukan pada kondisi proses di daerah temperatur didih larutan pada suatu tangki  Bila kandungan larutan tersebut terdapat suatu padatan maka pemekatan dari proses penguapan dapat dihasilkan suatu kristal padatan  2
  3. 3. Klasifikasi Larutan untuk Diuapkan  Larutan tersebut tidak terdekomposisi pada temperatur tinggi  Larutan tersebut akan menghasilkan suatu produk padatan kristal  Larutan tersebut memiliki temperatur dan tekanan didih yang hampir sama dengan air 3
  4. 4. Proses Penguapan Penguapan dari suatu larutan dapat terjadi dengan pemberian panas ke larutan tersebut untuk menguapkan pelarut-pelarut yang memiliki titik didih yang rendah  Umumnya panas yang diberikan dari kukus (steam) dengan memanfaatkan panas laten yang dimiliki  Panas laten merupakan panas yang dikandung oleh suatu material dari perubahan phasa yang terjadi  4
  5. 5. Macam-Macam Evaporator  Penguapan dari lapisan film cairan  Penguapan cairan dengan titik didih pada permukaan pemanas  Penguapan cairan disebabkan oleh pengurangan tekanan  Penguapan cairan dikarenakan kontak langsung antara fluida panas dengan larutan 5
  6. 6. Penguapan Pada Lapisan Film     Lapisan film dari alat penguap dirancang untuk menguapkan cairan yang melewati permukaan dinding yang telah dipanaskan Perpindahan Panas yang terjadi adalah konduksi dan konveksi melalui lapisan film ke permukaan antara uap dengan gas dimana penguapan terjadi Uap yang dihasilkan kemungkinan akan bertemu dengan gas-gas yang tidak mudah terkondensasi (udara) maka lapisan cairan film tidak akan mencapai kondisi superheated (lewat jenuh) Lapisan film dapat terjadi pada pengaturan dengan kondisi a falling film atau a climbing film 6
  7. 7. Falling Film Evaporator 7
  8. 8. Falling Film Evaporator Falling Film Evaporator umumnya dipergunakan untuk memekatkan larutan  Film evaporation memiliki distribusi untuk menghasilkan keseragaman ketebalan film  Cairan dimasukan dari atas dan mengalir ke bawah pada bagian dalam dari tube  Kukus dialirkan untuk memanaskan dinding tube melalui bagian luar tube di dalam rangkaian shell (cangkang)  8
  9. 9. Falling Film Evaporator 9
  10. 10. Climbing Film Evaporator 10
  11. 11. Climbing Film Evaporator  Climbing Film Evaporator dilakukan dengan memompa cairan dari bagian bawah alat evaporator melalui tube-tube yang telah dipanaskan pada bagian bawah  Climbing Film Evaporator cocok dipergunakan untuk memekatkan cairan yang sangat sensitif terhadap panas 11
  12. 12. Climbing Film Evaporator 12
  13. 13. Peningkatan Laju Penguapan Laju Penguapan pada Proses di Lapisan Film dapat ditingkatkan dengan metode berikut ini: Peningkatan Temperatur pada Permukaan yang dipanaskan  Penurunan Tahanan Panas pada lapisan film   Penurunan temperatur permukaan cairan 13
  14. 14. Evaporation with Nucleate Boiling  Boiling adalah proses perubahan cairan menjadi uap pada daerah titik didih cairan tersebut ketika panas diberikan pada cairan tersebut  Memasak air hingga daerah titik didih hingga dihasilkan gelembung-gelembung uap dalam cairan  Gelembung-gelembung itu terjadi karena temperatur didih telah terjadi pada suatu daerah tertentu dan dikelilingi oleh cairan yang belum terbentuk gelembung uap cairan sehingga terjadi perbedaan phasa 14
  15. 15. Tahapan Proses Pendidihan Natural Convection adalah proses konveksi didalam cairan (satu phasa) dari permukaan panas menuju cairan hingga ke temperatur didih tanpa terbentuk suatu gelembung  Nucleate Boiling adalah mulai terbentuknya gelembung-gelembung (dua phasa) akibatkan pemanasan dari dinding dan kemudian gelembung tersebut akan lepas dari dinding  15
  16. 16. Tahapan Proses Pendidihan  Transition Boiling adalah transisi dari gelembung-gelembung kecil (nucleate) untuk menjadi gabungan dari gelembunggelembung kecil membentuk film boiling  Film Boiling adalah gelembung yang cukup besar dan telah stabil ditandai dengan lepasnya gelembung tersebut dari dinding pemanas dan masih tetap berbentuk gelembung 16
  17. 17. Tahapan Proses Pendidihan 17
  18. 18. Tahapan Proses Pendidihan 18
  19. 19. Tipe-Tipe Boiling Evaporator  Short Tube Vertical Evaporator  Basket Type Evaporator  Long Tube Vertical Evaporator 19
  20. 20. Short Tube Vertical Evaporator 20
  21. 21. Short Tube Vertical Evaporator 21
  22. 22. Basket Type Evaporator 22
  23. 23. Long Tube Evaporator 23
  24. 24. Flash Evaporation Suatu cairan dapat diuapkan dengan pemanasan hingga temperatur didihnya atau menurunkan tekanan sehingga temperatur didihnya akan juga turun 24
  25. 25. 25
  26. 26. 26
  27. 27. Direct Contact Evaporation Metode ini sangat murah dan simple dengan cara menginjeksi gas panas melewati suatu kolam cairan  Gas panas yang dilewatkan akan memindahkan panas sensibel untuk menjadi cairan menjadi panas laten  Gas panas diperoleh dari pembakaran bahan bakar pada suatu area pembakaran yang bergabung menjadi satu dengan area untuk penguapan  27
  28. 28. Direct Contact Evaporation 28
  29. 29. Direct Contact Evaporation 29
  30. 30. Pemilihan Tipe Alat Evaporator 30
  31. 31. Pemilihan Tipe Alat Evaporator 31
  32. 32. Heat Transfer in Evaporator Q UA T 32
  33. 33. Single Stage Evaporator • Evaporator satu tahap dipergunakan untuk keluar yang tidak terlalu besar sehingga kukus yang dipergunakan tidak terlalu banyak 33 • Evaporator tunggal ini sering dilakukan pada kondisi batch
  34. 34. Contoh Soal Evaporator Tunggal Suatu alat penguap satu tahap digunakan untuk meningkatkan konsentrasi padatan dari 10 % ke 50 % dengan laju alir 7 kg/s. Kukus (Steam) yang dipergunakan mempunyai tekanan 205 kN/m2 dan proses evaporasi terjadi pada tekanan 13.5 kN/m2. Jika koefisien perpindahan panas keseluruhan dari proses penguapan tersebut adalah 3 kW/m2.K, Hitunglah luas permukaan yang dibutuhkan serta jumlah kukus yang dipergunakan jika umpan konsentrat ke alat penguapan masuk pada temperatur 294 K dan kondesat keluar pada temperatur 352.7 K. Kapasitas panas untuk larutan 10 % adalah 3.76 kJ/kg-K dan 50 % adalah 3.14 kJ/kg-K. 34
  35. 35. Penyelesaian Uap umpan U = 3 kW/m2-K P = 13.5 kN/m2 7 kg/s 294 K 10 % padatan Umpan EVAPO RATOR Kondensat Kukus 352.7 K Produk P = 205 kN/m2 50 % padatan Data Aliran Evaporator Tunggal 35
  36. 36. Penyelesaian Asumsi bahwa kukus (steam) yang dipergunakan adalah kering dan jernih • Pada tekanan 205 kN/m2, dari tabel kukus diperoleh temperatur kukus 394 K dan enthalpy yang dikandung 2530 kJ/kg. • Pada tekanan 13.5 kN/m2, titik didih air pada 325 K dan energi yang dikandung adalah 2594 kJ/kg. Pada kondisi umpan dengan 10 % padatan dipanaskan dari temperatur 294 ke temperatur 325 K yang akan terjadi proses penguapan. Laju alir padatan pada umpan = ( 7 kg/s x 0.1) = 0.7 kg/s 36
  37. 37. Penyelesaian (Neraca Massa) Kandungan air pada umpan adalah = 7 - 0.7 = 6.3 kg/s Kandungan air pada produk (x) adalah 0 .7 0 .7 0 .5 x 0 . 7 kg/s x Jumlah air yang teruapkan = kandungan air umpan – kandungan air produk = 6.3 - 0.7 = 5.6 kg/s 37
  38. 38. Hasil Neraca Massa Larutan 38
  39. 39. Neraca Energi  Neraca Energi Q   mC p T T ref Gunakan sebagai temperatur acuan (Tref) adalah 273 K maka Q feed Q produk Q uap _ air 7 .0 1 .4 5 .6 3 . 76 294 273 3 . 14 325 2594 273 552 . 7 kW 228 . 6 kW 14526 kW 39
  40. 40. Neraca Energi  Energi yang diberikan oleh kukus adalah Q Pemanasan _ kukus Q uap air 14526  Q produk Q feed 228.6 - 552.7 14202kW Energi yang dikandung oleh kukus umpan dan kondensat pada temperatur 352.7 K adalah H condensat H steam 4 . 18 352 . 7 273 333 . 2 kJ / kg 2530 kJ / kg 40
  41. 41. Neraca Energi   m laju alir kukus yang dibutuhkan untuk menguapkan adalah Q kukus H pemanasan steam _ kukus H kondensat 14202 2530 333 . 2 6 . 47 kg s 41
  42. 42. Luas Bidang Kontak Evaporator  Luas bidang kontak dapat diselesaikan dari persamaan laju perpindahan panas Q  UA T Perbedaan temperatur diasumsikan perbedaan temperatur kukus masuk dengan titik didih penguapan larutan adalah T A 394 Q U T 325 14202 3 69 69 K 68 . 6 m 2 42
  43. 43. Soal Evaporator Tunggal Latihan Suatu alat penguap satu tahap digunakan untuk meningkatkan konsentrasi padatan dari 10 % ke 40 % dengan laju alir 10 kg/s. Kukus (Steam) yang dipergunakan mempunyai tekanan 205 kN/m2 dan proses evaporasi terjadi pada tekanan 13.5 kN/m2. Jika koefisien perpindahan panas keseluruhan dari proses penguapan tersebut adalah 3.5 kW/m2.K, Hitunglah luas permukaan yang dibutuhkan serta jumlah kukus yang dipergunakan jika umpan konsentrat ke alat penguapan masuk pada temperatur 300 K dan kondesat keluar pada temperatur 350 K. Kapasitas panas untuk larutan 10 % adalah 3.76 kJ/kg-K dan 40 % adalah 3.21 kJ/kg-K. 43
  44. 44. Multiple Effect Evaporation  Multiple Effect Evaporation adalah proses evaporation dengan menggunakan lebih dari satu evaporator  Keunggulan dari metode multiple effect adalah pemanfaatan kukus yang telah dipergunakan oleh evaporator sebelumnya sehingga konsumsi kukus terkurangi dan energi pemanasan juga lebih rendah  Multiple Effect Evaporation dikategorikan forward feed, Backward Feed, Parallel Feed 44
  45. 45. Forward Feed 45
  46. 46. Backward Feed 46
  47. 47. Parallel Feed 47
  48. 48. BOILING POINT RISE (BPR) 48
  49. 49. FORWARD FEED TRIPLE EFFECT EVAPORATOR vapor (V1) , T1 Feed, TF Steam, Ts Vapor (V2), T2 Vapor (V3), T3 (2) T1 Steam Kondensat Liquid, L1 (3) T2 (1) T3 Vapour Kondensat Liquid, L2 Vapour Kondensat Liquid, L3 49
  50. 50. Temperature Drop in Multi Effect q1 U 1 A1 T1 q3 q2 U 2 A2 T 2 U 3 A3 T 3 50
  51. 51. Temperature Drop in Multi Effect T T1 T2 T3 Ts T3 1 T1 T U1 1 1 U1 1 U2 U3 51
  52. 52. Solution Tripel Efek Evaporator 1. 2. Dari data konsentrasi keluar dan tekanan pada bagian evaporator, tentukan temperatur didih larutan di evaporator 3 Neraca Massa Total untuk perhitungan jumlah total uap yang terhilangkan a. Asumsi jumlah uap yang dilepaskan dari tiap evaporator sama ( V1 = V2 = V3) b. Hitung laju alir cairan yang keluar dari tiap-tiap evaporator ( L1 , L2 , L3) c. Hitung konsentrasi padatan dalam larutan untuk tiaptiap keluaran cairan dari evaporator 52
  53. 53. Solution Tripel Efek Evaporator 3. Hitung penurunan temperatur pada tiap-tiap evaporator ( T1, T2, T3) a. b. c. d. Hitung Hitung Hitung Hitung BPR dari tiap-tiap Evaporator T T1, T2, T3 T1, T2, T3 4. Hitung neraca massa dan energi untuk tiap-tiap evaporator. Bila asumsi laju alir uap tidak terlalu jauh dari hitungan maka perhitungan bila dilanjutkan. Bila hitungan belum benar maka assumsi pergunakan data laju alir uap yang baru dari tahap 4 ini. 5. Hitung luas bidang kontak untuk tiap evaporator (A1, A2 dan A3) serta luas bidang kontak rata-rata 53
  54. 54. Solution Tripel Efek Evaporator 6. Hitung konsentrasi padatan untuk tiap-tiap evaporator 7. Hitung nilai BPR yang baru  T1, T2, T3  T 8. Hitung nilai Cp, L1, L2, L3, V1, V2, V3 yang baru dari nilai-nilai temperatur yang baru 9. Hitung A1, A2, A3 dari nilai q1,q2 dan q3 PELAJARI CONTOH 8.5.1 BUKU GEANKOPLIS 54

×